KR102221061B1 - 노이즈 제거 기능을 가지는 램프 신호 발생 장치 - Google Patents
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Abstract
본 기술은 램프 신호 발생 블럭으로부터 출력되는 디퍼렌셜(Differential) 램프 신호를 전압 버퍼 또는 프로그래머블 이득 증폭기(PGA : Programmable Gain Amplifier)로 입력받아 공통 성분을 가지는 노이즈(공통 노이즈)를 제거하여 싱글 엔디들리로 출력하기 위한, 노이즈 제거 기능을 가지는 램프 신호 발생 장치를 제공한다. 이러한 램프 신호 발생 장치는, 제어부로부터의 리셋 제어 신호에 따라 스위치 제어 신호를 출력하기 위한 리셋 컨트롤 블럭; 디퍼렌셜 램프 신호를 발생시키기 위한 램프 신호 발생 블럭; 및 상기 리셋 컨트롤 블럭으로부터의 스위치 제어 신호에 따라 초기화되고, 상기 램프 신호 발생 블럭으로부터 입력받은 디퍼렌셜 램프 신호 간의 차 연산을 통하여 공통 노이즈를 제거하기 위한 공통 노이즈 제거부를 포함할 수 있다.
Description
본 발명의 몇몇 실시예들은 램프 신호(램프 전압)를 발생하기 위한 램프 신호 발생 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 램프 신호 발생 블럭으로부터의 디퍼렌셜(Differential) 램프 신호에 포함되어 있는 노이즈(Noise)를 전압 버퍼 또는 프로그래머블 이득 증폭기(PGA : Programmable Gain Amplifier)를 이용하여 제거한 다음에 싱글 엔디들리(Single Endedly)로 출력하기 위한, 노이즈 제거 기능을 가지는 램프 신호 발생 장치에 관한 것이다.
일반적으로 컬럼 패러럴 싱글 슬로프 아날로그-디지털 변환 장치(Column Parallel Single-Slope ADC)를 사용하는 씨모스 이미지 센서(CIS : CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) Image Sensor)에 커런트 스티어링 디지털-아날로그 변환 장치(Current Steering DAC)를 사용한 램프 신호 발생 블럭을 적용할 수 있다. 이러한 경우에 램프 신호 발생 블럭이 파워 공급(Power Supply) 전압 또는 그라운드(Ground) 전압을 기반으로 램프 신호(램프 전압)를 생성하기 때문에 싱글 엔디들리로 램프 신호를 출력할 경우 파워 노이즈(Power Noise) 또는 그라운드 노이즈(Ground Noise)가 램프 신호에 그대로 포함되어 출력되고, 또한 램프 신호 발생 블럭에서 발생되는 램프 신호 발생 블럭 자체의 노이즈(이러한 노이즈를 "램프 노이즈"라 하기로 함)도 여과 없이 램프 신호에 포함되어 출력된다. 이러한 노이즈들은 씨모스 이미지 센서(CIS)에서 수평 방향 노이즈(Horizontal Noise)를 증가시키게 된다.
본 발명의 실시예는 램프 신호 발생 블럭으로부터 출력되는 디퍼렌셜(Differential) 램프 신호를 전압 버퍼 또는 프로그래머블 이득 증폭기(PGA : Programmable Gain Amplifier)로 입력받아 공통 성분을 가지는 노이즈(공통 노이즈)를 제거하여 싱글 엔디들리로 출력하기 위한, 노이즈 제거 기능을 가지는 램프 신호 발생 장치를 제공한다.
즉, 본 발명의 실시예는 싱글 슬로프 아날로그-디지털 변환 장치(Single-Slope ADC)를 위해 램프 신호 발생 블럭으로부터 출력되는 램프 신호 중 하나만을 버퍼의 입력으로 받아들여 단순하게 싱글 엔디들리로 출력하는 기존 방식과 달리, 전압 버퍼 또는 프로그래머블 이득 증폭기(PGA)를 이용하여 램프 신호 발생 블럭으로부터 출력되는 디퍼렌셜 램프 신호를 모두 입력으로 받아들여 공통 성분을 가지는 노이즈를 제거한 다음에 싱글 엔디들리로 출력하기 위한, 노이즈 제거 기능을 가지는 램프 신호 발생 장치를 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 램프 신호 발생 장치는, 제어부로부터의 리셋 제어 신호에 따라 스위치 제어 신호를 출력하기 위한 리셋 컨트롤 블럭; 디퍼렌셜 램프 신호를 발생시키기 위한 램프 신호 발생 블럭; 및 상기 리셋 컨트롤 블럭으로부터의 스위치 제어 신호에 따라 초기화되고, 상기 램프 신호 발생 블럭으로부터 입력받은 디퍼렌셜 램프 신호 간의 차 연산을 통하여 공통 노이즈를 제거하기 위한 공통 노이즈 제거부를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 램프 신호 발생 장치는, 제어부로부터의 리셋 제어 신호에 따라 스위치 제어 신호를 출력하기 위한 리셋 컨트롤 블럭; 디퍼렌셜 램프 신호를 발생시키기 위한 램프 신호 발생 블럭; 상기 제어부로부터의 이득 제어 신호에 따라 커패시터 제어 신호를 출력하기 위한 이득 컨트롤 블럭; 및 상기 리셋 컨트롤 블럭으로부터의 스위치 제어 신호에 따라 초기화되고, 상기 이득 컨트롤 블럭으로부터의 커패시터 제어 신호에 따라 상기 램프 신호 발생 블럭으로부터의 디퍼렌셜 램프 신호를 차동 증폭하여 전압 이득을 조절하고 공통 노이즈를 제거하기 위한 공통 노이즈 제거부를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 램프 신호 발생 장치는, 제어부로부터의 리셋 제어 신호에 따라 스위치 제어 신호를 출력하기 위한 리셋 컨트롤 블럭; 램프 신호를 발생시키기 위한 램프 신호 발생 블럭; 및 상기 리셋 컨트롤 블럭으로부터의 스위치 제어 신호에 따라 초기화되고, 상기 램프 신호 발생 블럭으로부터 입력받은 램프 신호와 외부로부터 입력받은 파워 노이즈 또는 그라운드 노이즈 간의 차 연산을 통하여 노이즈를 제거하기 위한 노이즈 제거부를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 컬럼 패러럴 싱글 슬로프 아날로그-디지털 변환 장치를 위한 램프 신호 발생 장치에서 발생되는 파워 노이즈 또는 그라운드 노이즈뿐만 아니라 추가적으로 램프 노이즈를 제거(Cancellation)함으로써 씨모스 이미지 센서(CIS)의 수평 방향 노이즈를 최소화시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 싱글 버퍼(Single Buffer)를 통해 램프 신호 발생 블럭으로부터 출력되는 디퍼렌셜 램프 신호를 모두 입력으로 받아들여 공통 성분을 가지는 노이즈를 제거한 다음에 싱글 엔디들리로 출력하므로 싱글 버퍼에서 출력되는 램프 신호의 크기를 2배로 증대시킬 수 있는 효과가 있다. 이는 커런트 스티어링 디지털-아날로그 변환 장치(램프 신호 발생 블럭)의 출력 스윙(Swing)을 2배 감소시킬 수 있다는 의미이며, 그에 따라 커런트 스티어링 디지털-아날로그 변환 장치의 커런트 셀 어레이(Current Cell Array)에서의 전류 소모를 2배 감소시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 단순 버퍼를 이용하는 것이 아니라 프로그래머블 이득 증폭기(PGA)를 이용해서도 구현이 가능하다.
도 1은 본 발명의 실시예에 대한 이해를 돕기 위한 램프 신호 발생 장치의 구성도,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 노이즈 제거 기능을 가지는 램프 신호 발생 장치의 구성도,
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 노이즈 제거 기능을 가지는 램프 신호 발생 장치의 구성도,
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 노이즈 제거 기능을 가지는 램프 신호 발생 장치의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 노이즈 제거 기능을 가지는 램프 신호 발생 장치의 구성도,
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 노이즈 제거 기능을 가지는 램프 신호 발생 장치의 구성도,
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 노이즈 제거 기능을 가지는 램프 신호 발생 장치의 구성도이다.
본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명하기로 한다.
그리고 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 또는 "구비"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함하거나 구비할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서 전체의 기재에 있어서 일부 구성요소들을 단수형으로 기재하였다고 해서, 본 발명이 그에 국한되는 것은 아니며, 해당 구성요소가 복수 개로 이루어질 수 있음을 알 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 대한 이해를 돕기 위한 램프 신호 발생 장치의 구성도로서, 커런트 스티어링 디지털-아날로그 변환 장치(램프 신호 발생 블럭)의 출력단에 단순히 전압 버퍼만을 적용한 경우를 나타내고 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 대한 이해를 돕기 위한 램프 신호 발생 장치는, 램프 신호(램프 전압)를 발생시켜 출력하기 위한 램프 신호 발생 블럭(110), 및 램프 신호 발생 블럭(110)으로부터 출력되는 차동 램프 신호 들(VRAMP_N, VRAMP_P) 중 하나만을 입력으로 받아들여 단순하게 싱글 엔디들리로 출력하기 위한 전압 버퍼(120)를 포함한다. 여기서, 전압 버퍼(120)를 사용하는 이유는 출력 부하(Load)를 보다 효과적으로 구동(Driving)하기 위해서이다.
이때, 램프 신호 발생 블럭(110)에서 출력되는 차동 램프 신호(VRAMP_N, VRAMP)에는 램프 신호 발생 블럭(110)에서 발생되는 램프 신호 발생 블럭 자체의 램프 노이즈는 물론이고 파워 노이즈 또는 그라운드 노이즈도 포함되어 전압 버퍼(120)를 통해 그대로 출력된다면, 램프 신호(VRAMP_OUT)는 램프 노이즈 및 파워 노이즈를 포함하거나 또는 램프 노이즈 및 그라운드 노이즈를 포함하게 된다.
즉, 커런트 스티어링 디지털-아날로그 변환 장치를 사용한 램프 신호 발생 블럭(110)이 파워 공급 전압 또는 그라운드 전압을 기반으로 램프 신호(램프 전압)를 생성하기 때문에 싱글 엔디들리로 램프 신호(VRAMP_OUT)를 출력할 경우 파워 노이즈 또는 그라운드 노이즈가 램프 신호(VRAMP_OUT)에 그대로 포함되어 출력되고, 또한 램프 노이즈도 여과 없이 램프 신호에 포함되어 출력된다. 이러한 램프 신호(VRAMP_OUT)에 포함된 노이즈들은 씨모스 이미지 센서(CIS)에서 수평 방향 노이즈를 증가시키게 된다.
이를 해결하기 위해 본 발명의 실시예에서는, 싱글 슬로프 아날로그-디지털 변환 장치를 위해 램프 신호 발생 블럭(110)으로부터 출력되는 차동 램프 신호 들(VRAMP_N, VRAMP_P) 중 하나만을 전압 버퍼(120)의 입력으로 받아들여 단순하게 싱글 엔디들리로 출력하는 도 1에 도시된 방식과 달리, 전압 버퍼 또는 프로그래머블 이득 증폭기(PGA)를 이용하여 램프 신호 발생 블럭으로부터 출력되는 디퍼렌셜 램프 신호들(VRAMP_N, VRAMP_P)을 모두 입력으로 받아들여 공통 성분을 가지는 노이즈를 제거한 다음에 싱글 엔디들리로 출력하고자 하며, 이를 도 2를 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 노이즈 제거 기능을 가지는 램프 신호 발생 장치의 구성도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 노이즈 제거 기능을 가지는 램프 신호 발생 장치는, 제어부(도면에 도시되지 않음)로부터의 리셋 제어 신호에 따라 스위치 제어 신호를 공통 노이즈 제거부(230)로 출력하기 위한 리셋 컨트롤 블럭(210), 디퍼렌셜 램프 신호(VRAMP_N, VRAMP_P)를 발생시켜 공통 노이즈 제거부(230)로 인가하기 위한 램프 신호 발생 블럭(220), 및 리셋 컨트롤 블럭(210)으로부터의 스위치 제어 신호에 따라 초기화되고, 램프 신호 발생 블럭(220)으로부터 입력받은 디퍼렌셜 램프 신호(VRAMP_N, VRAMP_P) 간의 차 연산을 통하여 공통 노이즈를 제거하여 싱글 엔디들리로 출력하기 위한 공통 노이즈 제거부(230)를 포함한다.
다음으로, 상기 각 구성 요소에 대하여 좀 더 상세히 살펴보면 다음과 같다.
먼저, 리셋 컨트롤 블럭(210)은 제어부로부터의 리셋 제어 신호에 따라 공통 노이즈 제거부(230)의 리셋 스위치(231) 및 초기화 스위치(232)를 온 또는 오프시키기 위한 스위치 제어 신호를 생성하여 공통 노이즈 제거부(230)의 리셋 스위치(231) 및 초기화 스위치(232)를 제어한다. 이때, 제어부로부터의 리셋 제어 신호는 리셋 컨트롤 타이밍(Reset Control Timing) 신호로서, 씨모스 이미지 센서(CIS)의 각 로우(Row)가 리드 아웃 동작(Read-out Operation)을 시작하기 전에 펄스(Pulse)로서 한번 발생되며, 씨모스 이미지 센서 칩(Chip) 내부에 있는 제어부로부터 전달받는다. 여기서, 제어부는 구체적으로 디지털 코어 블럭(Digital Core Block)일 수 있다.
그리고 램프 신호 발생 블럭(220)은 디퍼렌셜 램프 신호(디퍼렌셜 램프 전압)를 발생시켜 공통 노이즈 제거부(230)의 차동 증폭기(237)의 일측 단자(- 단자) 및 타측 단자(+ 단자)로 인가하는 회로로서, 공지의 커런트 스티어링 디지털-아날로그 변환 장치(Current Steering DAC)로 구현할 수 있다. 이때, 램프 신호 발생 블럭(220)에서 출력되는 디퍼렌셜 램프 신호(VRAMP_N, VRAMP)에는 램프 노이즈뿐만 아니라 파워 노이즈 또는 그라운드 노이즈도 포함되어 공통 노이즈 제거부(230)의 차동 증폭기(237)의 일측 단자(- 단자) 및 타측 단자(+ 단자)로 하나씩 인가된다.
다음으로, 공통 모드 전압(VCM)에 대하여 살펴보면, 외부의 가변 VCM 발생부는 제어부로부터의 공통 모드 전압 레벨 컨트롤 비트(VCM Level Control Bit)에 따라 가변되는 공통 모드 전압을 발생하여 공통 노이즈 제거부(230)의 초기화 스위치(232)를 통하여 차동 증폭기(237)로 인가한다. 이때, 공통 모드 전압 레벨 컨트롤 비트는 "0" 또는 "1"로 이루어지며, 씨모스 이미지 센서 칩(Chip) 내부에 있는 제어부로부터 전달받는다. 그러면, 가변 VCM 발생부는 공통 모드 전압 레벨 컨트롤 비트 값인 "0" 또는 "1"에 따라 가변적으로 공통 모드 전압을 증가 또는 감소 발생시켜 초기화 스위치(232)를 통하여 차동 증폭기(237)의 타측 단자(+ 단자)로 인가한다. 이때, 발생되는 공통 모드 전압은 공통 모드 전압 레벨 컨트롤 비트 값인 "0" 또는 "1"에 따라 선형적(Linear)으로 증가 또는 감소한다. 여기서, 제어부는 구체적으로 디지털 코어 블럭일 수 있다.
다음으로, 바이어스 전압(VBIAS)에 대하여 살펴보면, 외부로부터 입력되는 바이어스 전압은 공통 노이즈 제거부(230)의 제 2 피드백 커패시터(234)를 통하여 차동 증폭기(237)의 타측 단자(+ 단자)로 인가된다. 이때, 바이어스 전압은 임의의 직류(DC) 전압이면 그 어떠한 종류여도 상관없다. 예를 들어, 바이어스 전압은 전원(Supply) 전압이나 그라운드(Ground) 전압이라도 상관없다. 왜냐하면, 제 2 피드백 커패시터(234)로 인하여 직류 블럭킹(DC Blocking)이 되어 있기 때문이다. 이 바이어스 전압의 존재 목적은 교류 그라운드(AC Ground)라고 보면 된다.
다음으로, 공통 노이즈 제거부(230)는 리셋 컨트롤 블럭(210)으로부터의 스위치 제어 신호에 따라 초기화되어, 램프 신호 발생 블럭(220)으로부터 입력받은 디퍼렌셜 램프 신호(VRAMP_N, VRAMP_P) 간의 차동 연산을 수행하여 램프 노이즈뿐만 아니라 파워 노이즈 또는 그라운드 노이즈와 같은 공통 노이즈를 제거하여 싱글 엔디들리로 출력한다. 여기서, 공통 노이즈 제거부(230)는 예를 들어 전압 버퍼를 이용하여 구현할 수 있다.
이때, 공통 노이즈 제거부(230)는 리셋 컨트롤 블럭(210)으로부터의 스위치 제어 신호에 따라 차동 증폭기(237)를 외부의 가변 VCM 발생부로부터의 공통 모드 전압으로 초기화하기 위한 스위칭부(리셋 스위치(231) 및 초기화 스위치(232)를 포함함), 고정된 피드백 커패시터 값을 가지는 피드백 커패시터부(제 1 피드백 커패시터(233) 및 제 2 피드백 커패시터(234)를 포함함), 램프 신호 발생 블럭(220)으로부터의 디퍼렌셜 램프 신호(VRAMP_N, VRAMP_P)를 샘플링하기 위한 샘플링 커패시터부(제 1 샘플링 커패시터(235) 및 제 2 샘플링 커패시터(236)를 포함함), 및 샘플링 커패시터부(235, 236)에서 샘플링된 디퍼렌셜 램프 신호(VRAMP_N, VRAMP_P) 간의 차동 연산을 수행하여 램프 노이즈뿐만 아니라 파워 노이즈 또는 그라운드 노이즈와 같은 공통 노이즈를 제거하여 싱글 엔디들리로 출력(VRAMP_OUT)하기 위한 차동 증폭기(237)를 포함한다.
여기서, 리셋 스위치(231)는 차동 증폭기(237)의 일측 단자(-)와 출력 단자 (VOUT)간에 구비되고 초기화 스위치(232)는 차동 증폭기(237)의 타측 단자(+)와 초기화 스위치(232) 간에 구비된다. 초기화 스위치(232)는 동 증폭기(237)의 타측 단자(+)와 외부의 가변 VCM 발생부 간에 구비되며, 스위치 제어 신호에 응답하여 온오프된다. 리셋 컨트롤 블럭(210)으로부터의 스위치 제어 신호가 온 상태(On State)가 되면 리셋 스위치(231)와 초기화 스위치(232)가 닫히게 되고, 그에 따라 공통 노이즈 제거부(230)에서는 폐루프 피드백 네트워크(Closed Loop Feedback Network)가 형성되어 차동 증폭기(237)의 일측 입력 노드(VINN node), 타측 입력 노드(VINP) 및 출력 노드(VRAMP_OUT)가 외부의 가변 VCM 발생부로부터 차동 증폭기(237)의 타측 단자로 입력되는 공통 모드 전압의 레벨과 동일한 레벨을 가지게 된다. 이는 차동 증폭기(237)가 정상적으로 동작하기 위해서는 적절한 동작 포인트(포텐셜(Potential))를 가져야 하기 때문에 차동 증폭기(237)의 입력 노드(VINN, VINP) 및 출력 노드(VOUT)의 동작 포인트(Operating Point)를 공통 모드 전압의 레벨로 결정하여 초기화함을 의미한다. 여기서, 가변 VCM 발생부를 사용하여 가변 기능을 사용하는 이유는 혹시나 고정된 공통 모드 전압을 사용함으로 인하여 동작 포인트가 적절하지 못해서 차동 증폭기(237)가 오동작하는 것을 방지하기 위해서이다.
그리고 제 1 피드백 커패시터(233)는 차동 증폭기(237)의 일측 단자(VINN)와 출력 단자(VOUT) 간에 구비되고 제 2 피드백 커패시터(234)는 차동 증폭기(237)의 타측 단자(VINP)와 바이어스 전압 입력 단자 간에 구비되며, 고정된 커패시터 값(양)을 가진다.
그리고 제 1 샘플링 커패시터(235)는 램프 신호 발생 블럭(220)의 제 출력단과 차동 증폭기(237)의 일측 단자(VINN) 간에 구비되고 제 2 샘플링 커패시터(236)는 램프 신호 발생 블럭(220)의 제2 출력단과 차동 증폭기(237)의 타측 단자(VINP) 간에 구비되며, 고정된 커패시터 값(양)을 가진다. 이때, 제 1 피드백 커패시터(233), 제 2 피드백 커패시터(234), 제 1 샘플링 커패시터(235) 및 제 2 샘플링 커패시터(236)는 동일한 커패시터 값을 가지도록 구현한다.
그리고 차동 증폭기(237)는 일측 단자(-)의 입력을 반전시켜 입력받는 반전형 차동 증폭기로서, 리셋 스위치(231)와 초기화 스위치(232)가 온됨에 따라 타측 단자로 입력되는 공통 모드 전압의 레벨로 초기화되고, 이후에 제 1 샘플링 커패시터(235) 및 제 2 샘플링 커패시터(236)에서 샘플링된 디퍼렌셜 램프 신호(VRAMP_N, VRAMP_P)가 일측 단자(-) 및 타측 단자(+)로 입력되면 상기 샘플링된 디퍼렌셜 램프 신호(VRAMP_N, VRAMP_P) 간의 차동 연산을 수행하여 램프 노이즈뿐만 아니라 파워 노이즈 또는 그라운드 노이즈와 같은 공통 노이즈를 제거하여 싱글 엔디들리로 출력(VRAMP_OUT=2*VRAMP)한다.
도 2에서 전술한 바와 같이, 전압 버퍼를 통해 램프 신호 발생 블럭(220)으로부터 출력되는 디퍼렌셜 램프 신호(VRAMP_N, VRAMP_P)를 모두 입력으로 받아들여 램프 노이즈뿐만 아니라 파워 노이즈 또는 그라운드 노이즈와 같은 공통 노이즈를 제거한 다음에 싱글 엔디들리로 출력하므로 전압 버퍼에서 출력되는 램프 신호의 크기를 2배로 증대시킬 수 있다(VRAMP_OUT=2*VRAMP). 이는 램프 신호 발생 블럭(220)의 출력 스윙을 2배 감소시킬 수 있다는 의미이며, 그에 따라 램프 신호 발생 블럭(220)에서의 전류 소모를 2배 감소시킬 수 있다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 노이즈 제거 기능을 가지는 램프 신호 발생 장치의 구성도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 노이즈 제거 기능을 가지는 램프 신호 발생 장치는, 제어부(도면에 도시되지 않음)로부터의 리셋 제어 신호에 따라 스위치 제어 신호를 공통 노이즈 제거부(340)로 출력하기 위한 리셋 컨트롤 블럭(310), 디퍼렌셜 램프 신호(VRAMP_N, VRAMP_P)를 발생시켜 공통 노이즈 제거부(340)로 인가하기 위한 램프 신호 발생 블럭(320), 제어부로부터의 이득 제어 신호에 따라 커패시터 제어 신호를 공통 노이즈 제거부(340)로 출력하기 위한 이득 컨트롤 블럭(330) 및 리셋 컨트롤 블럭(310)으로부터의 스위치 제어 신호에 따라 초기화되고, 이득 컨트롤 블럭(330)으로부터의 커패시터 제어 신호에 따라 램프 신호 발생 블럭(320)으로부터의 디퍼렌셜 램프 신호(VRAMP_N, VRAMP_P)를 차동 증폭하여 전압 이득을 조절하고 공통 노이즈를 제거하여 싱글 엔디들리로 출력하기 위한 공통 노이즈 제거부(230)를 포함한다.
다음으로, 상기 각 구성 요소에 대하여 좀 더 상세히 살펴보면 다음과 같다.
먼저, 리셋 컨트롤 블럭(310), 램프 신호 발생 블럭(320), 공통 모드 전압(VCM), 바이어스 전압(VBIAS), 리셋 스위치(341) 및 초기화 스위치(342)에 대한 구체적인 실시예는 도 2에서 전술한 리셋 컨트롤 블럭(210), 램프 신호 발생 블럭(220), 공통 모드 전압(VCM), 바이어스 전압(VBIAS), 리셋 스위치(231) 및 초기화 스위치(232)에 대한 구체적인 실시예와 같으므로 여기서는 그 설명을 생략하기로 한다.
그리고 이득 컨트롤 블럭(330)은 제어부로부터의 이득 제어 신호에 따라 공통 노이즈 제거부(340)의 피드백 커패시터 값과 샘플링 커패시터 값을 조절하거나 피드백 커패시터 값을 조절하기 위한 커패시터 제어 신호를 생성하여 공통 노이즈 제거부(340)의 제 1 피드백 커패시터(343) 및 제 2 피드백 커패시터(344)와 제 1 샘플링 커패시터(345) 및 제 2 샘플링 커패시터(346)로 출력하거나 제 1 피드백 커패시터(343) 및 제 2 피드백 커패시터(344)로 출력한다. 이때, 제어부로부터의 이득 제어 신호는 이득 컨트롤 비트(Gain Control Bit)로서 "0" 또는 "1"로 이루어지며, 씨모스 이미지 센서 칩(Chip) 내부에 있는 제어부로부터 전달받는다. 그러면, 이득 컨트롤 블럭(330)은 이득 컨트롤 비트 값인 "0" 또는 "1"에 따라 피드백 커패시터 값과 샘플링 커패시터 값을 증가 또는 감소시키거나 피드백 커패시터 값을 증가 또는 감소시키기 위한 커패시터 제어 신호를 생성하여 제 1 피드백 커패시터(343) 및 제 2 피드백 커패시터(344)와 제 1 샘플링 커패시터(345) 및 제 2 샘플링 커패시터(346)로 출력하거나 제 1 피드백 커패시터(343) 및 제 2 피드백 커패시터(344)로 출력하며, 그에 따라 후술되는 [수학식 1]과 같이 전압 증폭 이득이 선형적(Linear)으로 증가 또는 감소하게 된다. 여기서, 제어부는 구체적으로 디지털 코어 블럭일 수 있다.
그리고 공통 노이즈 제거부(340)에 대한 이득 컨트롤의 경우 공통 노이즈 제거부(340)가 동작하는 도중에 전압 증폭 이득이 변경되는 것이 아니라 씨모스 이미지 센서(CIS)의 한 프레임이 동작하기 전에 미리 세팅된다. 즉, 주변 환경의 밝기에 따라 씨모스 이미지 센서(CIS)의 디지털 코어 블럭(Digital Core Block)이 판단하여 전압 증폭 이득을 결정한다.
다음으로, 공통 노이즈 제거부(340)는 리셋 컨트롤 블럭(310)으로부터의 스위치 제어 신호에 따라 초기화되어, 이득 컨트롤 블럭(330)으로부터의 커패시터 제어 신호에 따라 조절된 커패시터(Capacitor) 값의 비율로 램프 신호 발생 블럭(320)으로부터의 디퍼렌셜 램프 신호(VRAMP_N, VRAMP_P)를 차동 증폭하여 전압 이득을 조절하고 램프 노이즈뿐만 아니라 파워 노이즈 또는 그라운드 노이즈와 같은 공통 노이즈를 제거하여 싱글 엔디들리로 출력한다. 여기서, 공통 노이즈 제거부(340)는 예를 들어 프로그래머블 이득 증폭기(PGA : Programmable Gain Amplifier)를 이용하여 구현할 수 있다.
이때, 공통 노이즈 제거부(340)는 리셋 컨트롤 블럭(310)으로부터의 스위치 제어 신호에 따라 차동 증폭기(347)를 외부의 가변 VCM 발생부로부터의 공통 모드 전압으로 초기화하기 위한 스위칭부(리셋 스위치(341) 및 초기화 스위치(342)를 포함함), 이득 컨트롤 블럭(330)으로부터의 커패시터 제어 신호에 따라 피드백 커패시터 값이 조절되는 피드백 커패시터부(제 1 피드백 커패시터(343) 및 제 2 피드백 커패시터(344)를 포함함), 램프 신호 발생 블럭(320)으로부터의 디퍼렌셜 램프 신호(VRAMP_N, VRAMP_P)를 샘플링하기 위한 샘플링 커패시터부(제 1 샘플링 커패시터(345) 및 제 2 샘플링 커패시터(346)를 포함함), 및 샘플링 커패시터부(345, 346)에서 샘플링된 디퍼렌셜 램프 신호(VRAMP_N, VRAMP_P)를 샘플링 커패시터부(345, 346)의 값과 피드백 커패시터부(343, 344)의 값의 비율(샘플링 커패시터 값/피드백 커패시터 값)에 따라 차동 증폭하여 전압 이득을 조절하고 램프 노이즈뿐만 아니라 파워 노이즈 또는 그라운드 노이즈와 같은 공통 노이즈를 제거하여 싱글 엔디들리로 출력(VRAMP_OUT)하기 위한 차동 증폭기(347)를 포함한다.
여기서, 제 1 피드백 커패시터(343)는 차동 증폭기(347)의 일측 단자(VINN)와 출력 단자(VOUT) 간에 구비되고 제 2 피드백 커패시터(344)는 차동 증폭기(347)의 타측 단자(VINP)와 바이어스 전압 입력 단자 간에 구비되며, 이득 컨트롤 블럭(330)으로부터의 커패시터 제어 신호에 따라 제 1 피드백 커패시터(343) 및 제 2 피드백 커패시터(344)의 값(양)이 증대 또는 감소되도록 조절된다. 이때, 제 1 피드백 커패시터(343) 및 제 2 피드백 커패시터(344)는 복수의 커패시터와 스위치(도면에 도시되지 않음)의 결합 형태로 구현될 수 있으며, 각 스위치를 열고 닫음으로써 해당 커패시터의 사용 유무를 결정한다.
그리고 제 1 샘플링 커패시터(345)는 램프 신호 발생 블럭(320)의 출력단과 차동 증폭기(347)의 일측 단자 간에 구비되고 제 2 샘플링 커패시터(346)는 램프 신호 발생 블럭(320)의 출력단과 차동 증폭기(347)의 타측 단자 간에 구비되며, 이득 컨트롤 블럭(330)으로부터의 커패시터 제어 신호에 따라 제 1 샘플링 커패시터(345) 및 제 2 샘플링 커패시터(346)의 값(양)이 증대 또는 감소되도록 조절된다. 한편, 제 1 샘플링 커패시터(345) 및 제 2 샘플링 커패시터(346)는 고정의 커패시터 값을 가지도록 구현할 수도 있다.
그리고 차동 증폭기(347)는 일측 단자(- 단자)의 입력을 반전시켜 입력받는 반전형 차동 증폭기로서, 리셋 스위치(341)와 초기화 스위치(342)가 온됨에 따라 타측 단자로 입력되는 공통 모드 전압의 레벨로 초기화되고, 이후에 제 1 샘플링 커패시터(345) 및 제 2 샘플링 커패시터(346)에서 샘플링된 디퍼렌셜 램프 신호(VRAMP_N, VRAMP_P)가 일측 단자 및 타측 단자로 입력되면 샘플링 커패시터부(345, 346)의 값과 피드백 커패시터부(343, 344)의 값의 비율(샘플링 커패시터 값/피드백 커패시터 값)에 따라 디퍼렌셜 램프 신호(VRAMP_N, VRAMP_P)를 차동 증폭하여 전압 이득을 조절하고 램프 노이즈뿐만 아니라 파워 노이즈 또는 그라운드 노이즈와 같은 공통 노이즈를 제거하여 싱글 엔디들리로 출력[VRAMP_OUT=2*(CS/CF)VRAMP]한다.
따라서 전압 증폭 이득(Gv)은 하기의 [수학식 1]와 같이 샘플링 커패시터 값과 피드백 커패시터 값의 비율에 따라 결정된다.
도 3에서 전술한 바와 같이, 프로그래머블 이득 증폭기(PGA)를 통해 램프 신호 발생 블럭(320)으로부터 출력되는 디퍼렌셜 램프 신호(VRAMP_N, VRAMP_P)를 모두 입력으로 받아들여 차동 증폭하여 램프 노이즈뿐만 아니라 파워 노이즈 또는 그라운드 노이즈와 같은 공통 노이즈를 제거한 다음에 램프신호(VRAMP_OUT)을 싱글 엔디들리로 출력하므로 프로그래머블 이득 증폭기(PGA)에서 출력되는 램프 신호(VRAMP_OUT)의 크기는 램프 신호 발생 블럭(320)에서 출력되는 차동 램프신호(VRAMP_N, VRAMP_P)를 2배 이상으로 증대시킬 수 있다[VRAMP_OUT=2*(CS/CF)VRAMP]. 이는 램프 신호 발생 블럭(320)의 출력 스윙을 2배 이상 감소시킬 수 있다는 의미이며, 그에 따라 램프 신호 발생 블럭(320)에서의 전류 소모를 2배 이상 감소시킬 수 있다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 노이즈 제거 기능을 가지는 램프 신호 발생 장치의 구성도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 노이즈 제거 기능을 가지는 램프 신호 발생 장치는, 제어부(도면에 도시되지 않음)로부터의 리셋 제어 신호에 따라 스위치 제어 신호를 노이즈 제거부(430)로 출력하기 위한 리셋 컨트롤 블럭(210), 램프 신호를 발생시켜 노이즈 제거부(430)로 인가하기 위한 램프 신호 발생 블럭(220), 및 리셋 컨트롤 블럭(210)으로부터의 스위치 제어 신호에 따라 초기화되고, 램프 신호 발생 블럭(220)으로부터 입력받은 램프 신호와 외부로부터 입력받은 파워 노이즈 또는 그라운드 노이즈 간의 차 연산을 통하여 노이즈를 제거하여 싱글 엔디들리로 출력하기 위한 노이즈 제거부(430)를 포함한다.
여기서, 램프 신호 발생 블럭(220)은 램프 신호(램프 전압)를 발생시켜 노이즈 제거부(430)의 차동 증폭기(237)의 타측 단자(+ 단자)로 인가하고, 차동 증폭기(237)는 제 2 샘플링 커패시터(236)에서 샘플링된 램프 신호가 일측 단자로 입력되고 외부로부터 입력되어 제 1 샘플링 커패시터(235)에서 샘플링된 파워 노이즈 또는 그라운드 노이즈가 타측 단자로 입력되면 두 신호 간의 차 연산을 통하여 파워 노이즈 또는 그라운드 노이즈를 제거하여 싱글 엔디들리로 출력(VRAMP_OUT=VRAMP+램프 노이즈)하는 점을 제외하면 그 구체적인 실시예는 도 2에서 전술한 구체적인 실시예와 같으므로 여기서는 그 설명을 생략하기로 한다.
이때, 램프 신호 발생 블럭(210)이 램프 신호(램프 전압)를 생성할 때 기반으로 하는 파워 공급 전압 또는 그라운드 전압을 제 1 샘플링 커패시터(235)에 연결함으로써, 파워 노이즈 또는 그라운드 노이즈를 제 1 샘플링 커패시터(235)를 통하여 차동 증폭기(237)의 일측 단자(- 단자)로 인가할 수 있다.
도 4에서 전술한 바와 같이, 전압 버퍼를 통해 램프 노이즈는 제거하지 못하지만 파워 노이즈 또는 그라운드 노이즈는 제거할 수 있다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시 예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 치환, 변형 및 변경이 가능하다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
Claims (20)
- 제어부로부터의 리셋 제어 신호에 따라 스위치 제어 신호를 생성하는 리셋 컨트롤 블럭;
공통 노이즈를 포함하는 제1 및 제2 디퍼렌셜 램프 신호들을 생성하는 램프 신호 발생 블럭; 및
상기 스위치 제어 신호에 따라 초기화되고, 상기 제1 및 제2 디퍼렌셜 램프 신호들 간의 차동 동작을 통해 상기 공통 노이즈를 제거하여 램프 신호를 싱글 엔디들리로 출력하는 공통 노이즈 제거부를 포함하는 램프 신호 발생 장치.
- ◈청구항 2은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈제1항에 있어서,
상기 공통 노이즈 제거부는 리셋 스위치 및 초기화 스위치를 포함하고,
상기 스위치 제어 신호는 상기 리셋 스위치 및 상기 초기화 스위치의 턴온 및 턴 오프를 제어하는 램프 신호 발생 장치.
- ◈청구항 3은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈제1항에 있어서,
상기 공통 노이즈 제거부는 제1 및 제2 입력 노드를 갖는 차동 증폭기를 포함하고,
상기 램프 신호 발생 블럭은 상기 제1 및 제2 디퍼렌셜 램프 신호들을 생성하여 상기 제1 및 제2 입력 노드로 출력하는 램프 신호 발생 장치.
- ◈청구항 4은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈제1 항에있어서,
상기 공통 노이즈는 파워 노이즈 또는 그라운드 노이즈 뿐만 아니라 램프 노이즈를 포함하는 램프 신호 발생 장치.
- ◈청구항 5은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈제1항에 있어서,
상기 공통 노이즈 제거부는 전압 버퍼인 램프 신호 발생 장치.
- ◈청구항 6은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈제1 항에 있어서,
상기 공통 노이즈 제거부는,
상기 스위치 제어 신호에 따라 가변 공통 모드 전압 생성부로부터 제공되는 공통 모드 전압의 레벨로 차동 증폭기를 초기화하는 스위칭부;
피드백 캐패시터 값을 갖는 피드백 캐패시터 블럭;
상기 제1 및 제2 디퍼렌셜 램프 신호들을 샘플링하는 샘플링 캐패시터부; 및
상기 샘플링 캐패시터부에서 샘플링된 상기 제1 및 제2 디퍼렌셜 램프 신호 간의 차동 연산을 수행하여 상기 공통 노이즈를 제거하여 싱글 엔디들리로 출력하는 차동 증폭기를 포함하는 램프 신호 발생 장치.
- ◈청구항 7은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈제6 항에 있어서,
상기 제1 및 제2 디퍼렌셜 램프 신호들은 상기 차동 증폭기의 제1 및 제2 입력 노드에 입력되고,
상기 공통 모드 전압은 상기 차동 증폭기의 상기 제2 입력 노드에 입력되는 램프 신호 발생 장치.
- ◈청구항 8은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈제1항에 있어서,
상기 제1 및 제2 램프 신호 발생 블럭은 전류 조정 디지털 - 아날로그 변환기 (DAC) 인 램프 신호 발생 장치.
- 제어부로부터의 리셋 제어 신호에 따라 스위치 제어 신호를 생성하는 리셋 컨트롤 블럭;
공통 노이즈를 포함하는 제1 및 제2 디퍼렌셜 램프 신호들을 생성하는 램프 신호 발생 블럭;
상기 제어부로부터의 이득 제어 신호에 따라 캐패시터 제어 신호를 생성하는 이득 컨트롤 블럭; 및
상기 스위치 제어 신호에 따라 초기화되고, 상기 캐패시터 제어 신호에 따라 상기 제1 및 제2 디퍼렌셜 램프 신호들을 차동 증폭하여 전압 이득을 제어하고, 상기 공통 노이즈를 제거하여 싱글 엔디들리로 출력하는 공통 노이즈 제거부를 포함하는 램프 신호 발생 장치.
- ◈청구항 10은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈제9 항에 있어서,
상기 공통 노이즈 제거부는 리셋 스위치 및 초기화 스위치를 포함하고,
상기 스위치 제어 신호는 상기 리셋 스위치 및 상기 초기화 스위치를 온 또는 오프 동작을 제어하는 램프 신호 발생 장치.
- ◈청구항 11은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈제9항에 있어서,
상기 공통 노이즈 제거부는 제1 및 제2 입력 노드를 갖는 차동 증폭기를 포함하고,
상기 램프 신호 발생 블럭은 상기 제1 및 제2 디퍼렌셜 램프 신호들을 생성하여 상기 제1 및 제2 입력 노드로 출력하는 램프 신호 발생 장치.
- ◈청구항 12은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈제9항에 있어서,
상기 공통 노이즈 제거부는 제1 및 제2 피드백 캐패시터와 제1 및 제2 샘플링 캐패시터를 포함하고,
상기 제1 및 제2 피드백 캐패시터는 피드백 캐패시터 값을 가지며, 상기 제1 및 제2 샘플링 캐패시터는 샘플링 캐패시터 값을 가지며,
상기 이득 컨트롤 블럭은 상기 이득 제어 신호에 따라, 상기 피드백 캐패시터 값 또는 상기 샘플링 캐패시터 값을 선택적으로 제어하기 위한 캐패시터 제어 신호를 생성하고 이를 상기 제1 및 제2 피드백 캐패시터 또는 상기 제1 및 제2 샘플링 캐패시터로 선택적으로 출력하는 램프 신호 발생 장치.
- ◈청구항 13은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈제9항에 있어서,
상기 공통 노이즈는 파워 노이즈 또는 그라운드 노이즈 뿐만 아니라 램프 노이즈를 포함하는 램프 신호 발생 장치.
- ◈청구항 14은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈제9항에 있어서,
상기 공통 노이즈 제거부는 프로그래머블 이득 증폭기 (PGA)로 구현된램프 신호 발생 장치.
- ◈청구항 15은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈제9항에 있어서,
상기 공통 노이즈 제거부는,
상기 스위치 제어 신호에 따라 차동 증폭기를 가변 공통 모드 전압 생성부로부터 제공되는 공통 모드 전압의 레벨로 초기화하는 스위칭부;
상기 캐패시터 제어 신호에 따라 조절되는 피드백 캐패시터 값을 갖는 피드백 캐패시터 블럭;
상기 제1 및 제2 디퍼렌셜 램프 신호들을 샘플링하는 샘플링 캐패시터부; 및
상기 샘플링 캐패시터부에서 샘플링된 디퍼렌셜 램프 신호를 상기 샘플링 캐패시터부의 값과 상기 피드백 캐패시터 블럭의 값의 비율에 따라 차동 증폭하여 전압 이득을 조절하고 상기 공통 노이즈를 제거하여 싱글 엔디들리로 출력하는 램프 신호 발생 장치.
- ◈청구항 16은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈제15항에 있어서,
상기 제1 및 제2 디퍼렌셜 램프 신호들은 상기 차동 증폭기의 제1 및 제2 입력 노드에 입력되고,
상기 공통 모드 전압은 상기 차동 증폭기의 상기 제2 입력 노드에 입력되는 램프 신호 발생 장치.
- 제어부로부터의 리셋 제어 신호에 따라 스위치 제어 신호를 생성하는 리셋 컨트롤 블럭;
공통 노이즈를 포함하는 제1 및 제2 디퍼렌셜 램프 신호들을 생성하는 램프 신호 발생 블럭; 및
상기 스위치 제어 신호에 따라 초기화되고, 상기 제1 및 제2 디퍼렌셜 램프 신호와 상기 공통 노이즈 간의 차동 동작을 통해 노이즈를 제거하여 싱글 엔디들리로 출력하는 공통 노이즈 제거부를 포함하는 램프 신호 발생 장치.
- ◈청구항 18은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈제17항에 있어서,
상기 공통 노이즈 제거부는 제1 및 제2 입력 노드를 갖는 차동 증폭기를 포함하고,
상기 램프 신호 발생 블럭은 상기 제1 및 제2 디퍼렌셜 램프 신호들을 생성하여 상기 제2 입력 노드로 출력하는 램프 신호 발생 장치.
- ◈청구항 19은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈제17항에 있어서,
상기 공통 노이즈 제거부는 전압 버퍼 인 램프 신호 발생 장치.
- ◈청구항 20은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈제17항에 있어서,
상기 공통 노이즈 제거부는 제1 및 제2 입력 노드를 갖는 차동 증폭기를 포함하고,
상기 램프 신호 발생 블럭은 상기 제1 및 제2 디퍼렌셜 램프 신호들을 생성하여 상기 제2 입력 노드로 출력하고,
상기 제1 입력 노드에는 파워 공급 전압 또는 그라운드 전압이 연결되는 램프 신호 발생 장치.
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Patent Citations (1)
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